[科普中國(guó)]-耦合電容

耦合電容，又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合，是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式。耦合電容器是使得強(qiáng)電和弱電兩個(gè)系統(tǒng)通過電容器耦合并隔離，提供高頻信號(hào)通路，阻止低頻電流進(jìn)入弱電系統(tǒng)，保證人身安全。帶有電壓抽取裝置的耦合電容器除以上作用外，還可抽取工頻電壓供保護(hù)及重合閘使用，起到電壓互感器的作用。

定義耦合電容，又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合，是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式。耦合電容器是使得強(qiáng)電和弱電兩個(gè)系統(tǒng)通過電容器耦合并隔離，提供高頻信號(hào)通路，阻止低頻電流進(jìn)入弱電系統(tǒng)，保證人身安全。帶有電壓抽取裝置的耦合電容器除以上作用外，還可抽取工頻電壓供保護(hù)及重合閘使用，起到電壓互感器的作用。

耦合耦合指信號(hào)由第一級(jí)向第二級(jí)傳遞的過程，一般不加注明時(shí)往往是指交流耦合。從電路來說，總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)電源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電，才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候，電流比較大，這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會(huì)產(chǎn)生反彈），這種電流相對(duì) 于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。

退耦退耦是指對(duì)電源采取進(jìn)一步的濾波措施，去除兩級(jí)間信號(hào)通過電源互相干擾的影響。耦合常數(shù)是指耦合電容值與第二級(jí)輸入阻抗值乘積對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。

退耦三個(gè)目的

1.將電源中的高頻紋波去除，將多級(jí)放大器的高頻信號(hào)通過電源相互串?dāng)_的通路切斷；

2.大信號(hào)工作時(shí)，電路對(duì)電源需求加大，引起電源波動(dòng)，通過退耦降低大信號(hào)時(shí)電源波動(dòng)對(duì)輸入級(jí)/高電壓增益級(jí)的影響；

3.形成懸浮地或是懸浮電源，在復(fù)雜的系統(tǒng)中完成各部分地線或是電源的協(xié)調(diào)匹有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。

耦合方式干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過一定的耦合通道對(duì)電控系統(tǒng)發(fā)生電磁干擾作用的。干擾的耦合方式無非是通過導(dǎo)線、空間、公共線等作用在電控系統(tǒng)上。分析下來主要有以下幾種。

直接耦合：這是干擾侵入最直接的方式，也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。如干擾信號(hào)通過導(dǎo)線直接侵入系統(tǒng)而造成對(duì)系統(tǒng)的干擾。對(duì)這種耦合方式，可采用濾波去耦的方法有效地抑制電磁干擾信號(hào)的傳入。

公共阻抗耦合：這也是常見的一種耦合方式。常發(fā)生在兩個(gè)電路的電流有共同通路的情況。公共阻抗耦合有公共地和電源阻抗兩種。防止這種耦合應(yīng)使耦合阻抗趨近于零、使干擾源和被干擾對(duì)象間沒有公共阻抗。

電容耦合：又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合，是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式1。

電磁感應(yīng)耦合：又稱磁場(chǎng)耦合。是由于內(nèi)部或外部空間電磁場(chǎng)感應(yīng)的一種耦合方式，防止這種耦合的常用方法是對(duì)容易受干擾的器件或電路加以屏蔽。

輻射耦合：電磁場(chǎng)的輻射也會(huì)造成干擾耦合，是一種無規(guī)則的干擾。這種干擾很容易通過電源線傳到系統(tǒng)中去。另當(dāng)信號(hào)傳輸線較長(zhǎng)時(shí)，它們能輻射干擾波和接收干擾波，稱為天線效應(yīng)。

漏電耦合：所謂漏電耦合就是電阻性耦合。這種干擾常在絕緣降低時(shí)發(fā)生。

原理電容接在交流電路中，一個(gè)腳接的電路的電壓逐漸升高，逐漸在所在的極板集聚電荷，等待該腳所接的電路的電壓下降時(shí)，再將電位高時(shí)積聚的電荷返回電路。另端也是如此。電容是絕緣的，整個(gè)電容并沒有電流通過，但是它隨著電位升高、降低而集聚和釋放電荷的現(xiàn)象，使人誤以為是有電流通過。因此，它能把直流隔離，而交流信號(hào)呢，以兩端升高和降低電位的形式，耦合過來，傳給以下的電路元件。電容有通交流阻直流的特性，作為耦合電容，它的作用是允許交流信號(hào)正常通過，而隔斷上一級(jí)放大電路的直流電流，使之對(duì)下一級(jí)放大電路工作點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生影響。電容為什么能夠使交流電流過而直流電不能流過呢？電容的兩個(gè)極板能夠存儲(chǔ)電荷但并沒有形成回路，直流電可以給電容充電，但當(dāng)電容兩端電壓與電源電壓相同時(shí)電路穩(wěn)定下來，故而不會(huì)有電流流過；交流電的正半周給電容充電，負(fù)半周時(shí)先給電容放電，如此不斷的充電和放電，相當(dāng)于電流流過電容，形成通路。

作用電容耦合的作用是將交流信號(hào)從前一級(jí)傳到下一級(jí)。耦合的方法還有直接耦合和變壓器耦合的方法。直接耦合效率最高，信號(hào)又不失真，但是，前后兩級(jí)工作點(diǎn)的調(diào)整比較復(fù)雜，相互牽連。為了使后一級(jí)的工作點(diǎn)不受前一級(jí)的影響，就需要在直流方面把前一級(jí)和后一級(jí)分開，同時(shí)，又能使交流信號(hào)從前一級(jí)順利的傳遞到后一級(jí)，同時(shí)能完成這一任務(wù)的方法就是采用電容傳輸或者變壓器傳輸來實(shí)現(xiàn)。他們都能傳遞交流信號(hào)和隔斷直流，使前后級(jí)的工作點(diǎn)互不牽連。但不同的是，用電容傳輸時(shí)，信號(hào)的相位要延遲一些，用變壓器傳輸時(shí)，信號(hào)的高頻成分要損失一些。一般情況下，小信號(hào)傳輸時(shí)，常用電容作為耦合元件，大信號(hào)或者強(qiáng)信號(hào)傳輸時(shí)，常用變壓器作為耦合元件。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所